• 마이크로전자및패키징학회지
• /
• 제27권4호
• /
• pp.61-65
• /
• 2020

열전소재의 격자열전도도 저감은 열전성능 증대를 위해 가장 빈번하게 사용되는 방법이다. 하지만 전체 열전도도에서 다른 열전도도 기여분을 제외하는 방법으로만 격자열전도도를 구할 수 있기 때문에 격자열전도도를 정확하게 분석하는 것을 간단한 작업이 아니다. 본 연구에서는 먼저 전자/홀에 의한 열전도도 기여분 (모든 소재 적용)과 쌍극 전도에 의한 기여분 (작은 밴드 갭 소재 적용)을 정확하게 계산해야만 격자열전도도를 정확하게 분석할 수 있음을 설명한다. 전자/홀에 의한 기여분을 계산하기 위해 필수적인 로렌츠 숫자 계산법 (싱글 파라볼릭 모델링 및 간단한 식 이용)과 쌍극 전도에 의한 기여분 계산법 (투 밴드 모델링) 또한 소개한다. 격자열전도도의 정확한 분석은 격자열전도도 저감을 위한 여러 결함 제어 전략의 효과를 객관적으로 평가할 수 있는 강력한 분석 도구로 사용될 수 있다.

• 청정기술
• /
• 제19권2호
• /
• pp.90-94
• /
• 2013

굴 패각분말을 함유한 석고시험체를 통하여 1차원 열전달 특성을 조사하였다. 굴패각 성분의 함유량이 늘어날수록 기공을 포함한 시험체의 구조적 변형에 근거하여 흡착과 같은 물리화학적 특성이 증가함에 따라 시험체 전체의 열전달 특성도 달라질 것으로 예측되었다. 푸리에(Fourier) 열전도 방정식을 기초로 하여 1차원 슬랩의 열전도 현상을 수치모사한 결과 패각분말의 배합도 및 각 성분재료의 열전달관련 물리적 계수에 따라 상당한 열전도 분포의 변화를 관측할 수 있었으며 이는 모형실험 결과와도 잘 부합하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
• /
• pp.383.2-383.2
• /
• 2016

임계 열유속 현상은 열전달 시스템에서 가열조건이나 유동조건이 변함에 따라 열전달 표면 부근의 유체상태가 액체에서 기체로 바뀌면서 열전달계수가 급격히 감소하는 현상을 말한다. 임계 열유속 발생 시 핵 비등 영역에서 순간적으로 막 비등 영역으로 넘어가면서 원전 시스템의 물리적 파괴를 일으킬 수 있게 된다. 따라서 임계 열유속 현상은 시스템 설계 및 안전해석 뿐만 아니라, 열교환 및 냉각 장치 설계에서 중요하게 고려되고 있다. 특히, 비등 열전달 시스템에서 임계 열유속 발생 시 시스템의 물리적 손상을 야기하게 된다. 따라서 원전 시스템을 보호하면서 성능을 극대화시키기 위해서는 임계 열유속 향상이 필수적이며, 임계 열유속 향상을 위한 대안 중 하나로서 열적 특성이 우수한 나노유체를 열전달 시스템에 적용하여 임계 열유속 향상을 위한 연구가 지속되고 있다. 따라서 본 연구에서는 산화 처리된 다중벽 탄소나노튜브 나노유체를 사용하여 각각 0.5 m/s, 1.0 m/s, 1.5 m/s의 유속에서 임계 열유속과 열전달 계수를 측정하였다. 그 결과 산화 처리된 다중벽 탄소나노튜브 나노유체의 유속이 증가 할수록 임계 열유속이 증가하는 것을 확인 하였으며, 순수물과 비교하여 최대 62.64% 증가함을 확인하였다. 그리고 산화 처리된 다중벽 탄소나노튜브 나노유체의 비등 열전달 계수 또한 유속이 증가 할수록 비등 열전달 계수가 증가하는 것을 확인하였며 최대 24.29% 증가함을 확인하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2010년도 하계학술대회 논문집
• /
• pp.237-237
• /
• 2010

고효율의 열전특성을 갖는 나노 구조체 열전재료 연구의 일환으로 이종물질인 $Bi_2Te_3$-PbTe계 열전소재의 미세구조와 특성을 조사하였다. 계단식 냉각법(step cooling)를 통하여 시편을 제조 하였고, EPMA를 이용하여 시편의 미세구조를 관찰하였다. 열전소재의 상분리를 유도하기 위하여 $700^{\circ}C$에서 용융 후 3일 동안 $400^{\circ}C$로 유지시킨 후 상온까지 용융로에서 서냉하였다. EPMA를 이용하여 제조된 시편의 미세구조와 정량 분석을 하였고, 각 상의 결정구조 확인을 위하여 XRD 분석법을 이용하여 다결정의 PbTe와 $Bi_2Te_3$ 그리고 준안정상인 $PbBi_2Te_4$가 관찰 되었다. 계단식 냉각법을 통한 시편의 열전특성을 측정하였다. 이를 통하여 제조된 시편은 급속 냉각법으로 제조된 시편과 비교되었으며, 제벡계수는와 열전도도는 상온에서 각각 약 -100mV/K와 0.9W/mK로 약90%, 40%의 열전특성 향상을 확인하였다.

• 한국화재소방학회논문지
• /
• 제24권6호
• /
• pp.98-103
• /
• 2010

본 연구는 화재실험에서 널리 이용되고 있는 노출비드형 열전대의 신뢰성을 평가하기 위해 화재실험을 수행하고 흡입식 열전대와 노출비드형 열전대에 의해 측정된 온도를 비교 분석한다. 화재실의 고온의 상층부에서는 노출비드형 열전대의 측정온도가 흡입식 열전대에 비해 상대적으로 낮게 나타났고 측정오차는 크지 않은 반면 저온의 하층부에서는 노출비드형 열전대의 온도가 높게 나타났으며 측정오차 또한 크게 증가하였다. 본 연구에서 측정된 노출비드형 열전대의 최대 상대오차는 최대 250% 이상까지 나타났으며 노출비드형 열전대를 이용하여 화재유동장을 정량화 할 때 측정 신뢰성 향상을 위해 적절한 보정과정이 필요함을 보여준다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
• /
• pp.187.2-187.2
• /
• 2014

최근 다양한 카본 나노소재들이 열 전도성 필러로써 고분자 복합체의 열전도도 향상을 위해 연구되고 있다. 그러나 구조적 이방성을 갖는 탄소나노튜브(CNT) 혹은 그래핀나노플레이트(Graphene Nanoplatelet)를 복합체에 적용할 경우, 복합체의 수직 방향과 수평 방향에서의 열전도도가 3배 이상 차이가 나는 문제가 있다. 따라서 본 연구에서는 2차원의 GNP 표면 위에 1차원의 CNT를 직접 성장시킨 하이브리드 탄소소재를 이용하여 이러한 열전도도 이방성을 개선하고자 하였다. 하이브리드 탄소소재는 무전해 도금법과 열기상법으로 제조하였다. 합성된 하이브리드 탄소소재 및 CNT를 단독 혹은 혼합하여 필러를 만들고 이를 에폭시 기지 내에 분산시켜 복합체를 제작하였다. 필러 함량별, 필러 비율별로 제작된 복합체의 열전도도를 레이저 플래시 법으로 측정 비교하였다. 결과적으로 기존의 단일 필러들보다 열전도도 이방성이 1.5배 이상 개선된 방열용 에폭시 복합체를 제작할 수 있었다. 한편 하이브리드 탄소와 2% 이하의 CNT 배합에서 단독 필러 투입에 비해 45% 이상의 열전도율 향상을 확인하였다. 이는 미세구조 분석 및 성분 분석 결과, 필러 분산 정도가 열전도도 향상의 주요 인자로 작용하는 것을 확인하였고 기지 내 CNT가 열전도도 경로로 작용하기보다는 하이브리드 탄소소재의 균일한 분산에 영향을 준 것으로 사료된다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
• /
• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
• /
• pp.636-639
• /
• 2010

본 논문에서는 준정상 상태법을 이용한 열전도도 측정장치의 불확실도를 분석하고 측정된 열전도도의 불확실도에 가장 큰 영향을 미치는 요인이 온도 측정 센서의 정확도와 측정유체의 윗면과 아랫면의 온도 차임을 알아내었다. 특히 온도 측정센서의 정확도가 $0.1^{\circ}C$일 때 측정유체의 윗면과 아랫면의 온도차가 $18^{\circ}C$이상이면 준정상 상태법을 이용한 열전도도 측정장치의 불확실도가 ${\pm}1%$이내로 들어옴을 알 수 있었다. 따라서 온도 측정센서가 $0.1^{\circ}C$의 정확도를 가지며 측정유체의 윗면과 아랫면의 온도차가 $18^{\circ}C$이상이 되는 불확실도 ${\pm}1%$을 갖는 준정상 상태법을 이용한 나노유체의 열전도도 측정장치를 개발하였다. 개발된 실험장치의 검증을 위하여 DI-Water의 열전도도와 $Al_2O_3$ 나노유체의 열전도도를 각각 측정하여 기존 문헌 및 선행 연구자의 결과와 비교하여 보았고 개발된 장치가 ${\pm}1%$ 이내의 불확실도를 가지고 나노유체의 열전도도를 측정할 수 있음을 확인하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
• /
• 대한전기학회 2005년도 제36회 하계학술대회 논문집 B
• /
• pp.1711-1713
• /
• 2005

최근 고유가 시대에 따른 대체 에너지기술 분야에 대한 관심과 함께 저전력 소비형 전자기기의 동력원으로서 열전발전기술이 주목받고 있다. 열전발전 기술을 이용하여 산업폐열원 등에서 전력을 생산하기 위해서는 폐열원의 열적 분포특성이 우선적으로 검토, 평가되어야 한다. 그 이유는 일반적 산업폐열원의 경우 발전소자가 설치될 열원에서의 열 분포가 실험실 조건에서와 같이 일정면적에서의 균일 열량조건을 만족시키기는 어렵고 국부적 불균일 열 분포를 나타낼 가능성이 매우 높기 때문으로, 이같은 불균일 열원특성은 열전모듈의 직렬연결을 기본으로 하고 있는 열전 발전시스템의 발전능에 직접적 영향을 미치게 되기 때문이다. 따라서 불균일 열원특성에 따른 열전 발전능의 평가는 열전발전기 전체의 발전능을 평가하는 매우 중요한 인자이다. 본 연구에서는 Bi-Te계 열전발전모듈을 이용하여 열편차 조건에서의 열분포 특성 및 열전달 특성변화를 조사하고 이것에 따른 단위발전소자의 발전특성 변화를 규명 하고자 하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
• /
• 제29권4호
• /
• pp.89-94
• /
• 2022

고체상태에서 열에너지과 전기에너지를 직접적이고 가역적으로 변환할 수 있는 열전소재는 전기전도특성인 전기전도도 및 제벡계수와 열전도특성인 열전도도에 의해 그 성능이 결정된다. 하지만 전기전도도, 제벡계수, 열전도도는 소재의 조성, 결정구조 및 전자구조에 의해 결정되며, 서로 상관관계를 나타내기 때문에 성능 증대를 위한 효과적인 전략수립에 어려움이 있다. 본 논문에서는 열전소재의 성능과 관련한 수식에 대한 이해를 바탕으로 실험 결과와 연계하여 열전도도 저감 관점에서 효과적인 결함제어 기반 열전소재 성능 증대 전략을 수립할 수 있는 방법론을 제공하고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
• /
• pp.253-253
• /
• 2016

최근 세계적으로 대체 에너지는 중요한 이슈가 되고 있으며 그 중 열전 재료는 유망한 에너지 기술로서 주목 받고 있다. 특히 고 직접화 전자 소자의 발열 문제를 해결하기 위해, 소형화와 정밀 온도 제어가 가능한 박막형 열전 소자에 연구가 주목 받고 있다. 박막형 열전소자 중 산화물 반도체계에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이러한 산화물 반도체계 중 In2O3는 BiTe, PbTe 등의 기존의 재료에 비해 독성이 낮을 뿐만 아니라 내 산화성 및 고온에서 열적 안정성이 우수하여 고온에서 적용 불가능한 금속계 열전 재료의 한계를 극복 할 수 있다는 장점을 가진다. 우수한 성능 가장 낮은 캐리어 밀도를 가지기 때문에 의 열전 재료는 높은 전기 전도도 및 제백 계수 그리고 낮은 열전도도 특성을 가져야만 한다. IZO:Sn(Zn 10 wt.%, Sn 800 ppm) 박막의 경우, 높은 전기 전도성을 가지면서 비정질 구조를 가진다. 이와 같이 비정질 구조를 가지는 박막 열전 재료는 격자에 의한 열 전도도가 낮기 때문에 결정질 구조에 비해 전체 열 전도도 값이 낮을 것으로 기대된다. 따라서 높은 전기 전도도를 가지면서 동시에 낮은 열 전도도를 가지게 되어 우수한 열전 특성을 가질 것이라 예상된다. 이러한 특성을 바탕으로 본 연구에서는 비정질 구조를 갖는 Zn와 미량의 Sn을 동시에 첨가한 In2O3박막의 전기적 특성및 열전 특성을 관찰하고자 한다. 본 연구에서는 magnetron sputtering법으로 IZO:Sn(Zn 10 wt.%, Sn 800 ppm) 타깃을 이용하여 기판 가열없이 DC Power 70 W, 작업 압력 0.7 Pa으로 SiO2 기판 위에 $400{\pm}20nm$ 두께의 박막을 증착하였다. 이러한 공정으로 만들어진 박막은 대기 중 후 열처리를 각각의 200, 300, 400, 500, $600^{\circ}C$ 온도에서 진행하였다. 박막의 미세 구조는 XRD를 통해 관찰하였다. 그리고 박막의 전기적 특성은 Hall effect measurement을 통해 측정하였고, 열전 특성은 Seebeck 상수의 측정을 통하여 평가하였다. XRD 확인 결과 RT에서 증착한 박막과 후 열처리 200, 300, 400, $500^{\circ}C$ 결과 비정질 구조를 보였고, 후열처리 $600^{\circ}C$에서는 결정의 회절 피크를 보였다. 전기적 특성의 경우, 후 열처리 온도가 증가함에 따라 전기 전도도는 감소한다. 이는 공기중의 산소가 박막에 침투하여 oxygen vacancy를 막아 캐리어 밀도가 감소한것에 기인 된 것으로 판단된다. 열전 특성의 경우 제백상수는 후 열처리 $600^{\circ}C$에서 가장 높은 제백상수를 나타낸다. 제백 상수는 수식에 따라 캐리어 밀도의 -2/3승에 비례하게 된다. 수식에 따라 후 열처리 $600^{\circ}C$에서 가장 낮은 캐리어 밀도를 가지기 때문에 가장 높은 제백 상수를 가지게 된다. 열전 성능 척도인 Power factor는 제백 상수의 제곱과 전기전도도의 곱으로 나타내는데, 후 열처리 $200^{\circ}C$에서 가장 높은 Power factor를 보인다. 이는 캐리어 밀도 감소에 따라 전기 전도도는 감소하였지만 이로 인해 제백상수는 증가하였고, 또한 캐리어 밀도 감소에 따라 이온화 불순물 산란의 감소에 의해 이동도의 증가에 의한 것으로 판단된다. 박막의 경우 기판의 영향으로 인해 열 전도도 측정이 어려워 열전 성능 지수(ZT)를 계산을 할 수 없지만, 마그네트론 스퍼터링법으로 증착한 IZO:Sn 박막은 비정질 구조를 가지므로 격자진동에 의한 열 전도도가 낮아 전체 열 전도도가 결정질에 비해 낮을 것이며 이는 높은 열전 성능 지수를 가질 것으로 예상된다.